頻譜分析儀存在于許多實驗室和其他需要測試儀器來測試和驗證射頻射頻性能的區域。

頻譜分析儀是廣泛使用的測試儀器，適用于需要射頻測試的應用：射頻設計、通用電子電路設計、測試;電子制造;基礎服務和維修，并越來越多地用于現場安裝和服務。

基本示波器屏幕

在這些應用中，射頻頻譜分析儀能夠有效了解電路、模塊或系統的射頻性能。

顧名思義，頻譜分析儀，這種類型的測試設備提供有關信號頻譜的信息。由于可以看到不同頻率的信號，因此可以顯示雜散信號以及當今復雜波形的頻譜，以研究它們是否在不同頻率的要求范圍內。

隨著無線通信的使用越來越多，頻譜分析儀已成為射頻設計工具箱的重要組成部分，并且越來越多地出現在電子電路設計的許多領域。

雖然頻譜分析儀傳統上是獨立的臺架測試設備，但機架式PXI、VXI或類似分析儀與USB頻譜分析儀一起提供。即使是臺式測試儀器也能夠連接到計算機，以便它們可以被它們控制，并可以更詳細地分析它們的結果。

什么是頻譜分析儀？

顯示波形的最常用測試設備是示波器。該測試儀器以所謂的時域顯示信號，即振幅與時間的關系。示波器是任何射頻設計或測試實驗室的核心測試儀器之一，可以顯示許多波形和電路性能。要分析的模塊和設備。

示波器在縱軸上顯示波形的幅度與水平軸上的時間關系 - 信號顯示在時域中。

雖然這非常有用，但在測試射頻電路和系統時，能夠看到信號的頻譜是很有用的 - 可以查看雜散信號的位置、帶有調制的信號的寬度、是否產生噪聲等方面。

查看信號頻譜時，信號的幅度顯示在縱軸上，頻率顯示在橫軸上 - 信號顯示在頻域中。

通過觀察不同頻率的信號幅度，可以測量這些信號的幅度，找出存在哪些信號等。

頻譜分析儀在頻域中顯示信號

通過這種方式，可以測量信號的頻率，并檢查其電平。由于許多現代無線通信信號占用寬帶寬，因此可以測量信號帶寬。

因此，頻譜分析儀對于任何對涉及射頻或射頻信號的電路和系統進行測試和測量的人來說都是一個特別重要的測試設備項目。除此之外，頻譜分析儀還可用于各種其他應用，包括音頻分析等。

隨著無線通信系統越來越多地使用，從Wi-Fi到移動電話和物聯網上的遠程無線傳感器，以及雷達、傳統無線電通信和許多其他應用，射頻設計變得越來越重要。

顯示射頻信號頻譜的典型頻譜分析儀

頻譜分析儀通常使用線性刻度來表示水平軸或 x 軸上的頻率，但它們通常使用對數刻度來表示垂直軸或 y 軸上的振幅。通過使用對數或分貝標度作為振幅標度，可以看到振幅差異較大的信號。

在頻譜分析儀上查看的信號可能相差 60dB、70 dB 或更多。使用對數刻度是在同一屏幕上查看這些信號的唯一方法。對于某些應用，可能需要使用線性振幅標度，并且通常有一個開關來實現這一點。

現代頻譜分析儀具有很高的功能。由于大多數使用數字技術，因此不僅使用快速傅里葉分析（FFT）進行數字信號處理來完成信號處理，而且使用控制處理器控制前面板控件和顯示器。這使得頻譜分析儀能夠整合許多功能，并包括大量的自動化例程。

顯示器可以正常確定峰值信號，顯示其頻率和功率電平，或者它可以確定特定點的信號值，或第二個峰值的值等。這些功能以及許多功能在當今的測試儀器中很常見。

頻譜分析儀的用途

當今的電子電路設計實驗室將使用非常多的測試儀器。從簡單的數字萬用表到示波器、信號發生器等等，應有盡有。

頻譜分析儀特別適用于與射頻設計和測試相關的電子實驗室。

在這些領域中，它們可以以其他形式的測試儀器無法提供的方式提供信號視圖。這樣可以深入了解電路射頻方面的操作。

頻譜分析儀可用于多種任務：

查看信號的頻譜，可以看到如下項目：

調制信號的整體頻譜，看看它是否足夠寬或太窄等。如果它太寬，那么它可能會對相鄰頻道中的用戶造成干擾。

調查是否存在任何雜散或不需要的信號。這些信號可能會對用戶傳輸信號的其他頻率造成干擾。

例如，找出信號是否在正確的頻率上，而不是在另一個頻段中。

調查信號的一般問題。通常，它可以幫助查看信號以了解問題所在。對于射頻信號，頻譜分析儀可以證明是調查人員的眼睛。

有時，頻譜分析儀可用于測量功率，但功率計在某些情況下可能更適用。

有時可以使用頻譜分析儀來測量頻率，盡管頻率計數器在某些情況下可能更適用。

頻譜分析儀還可用于測量信號上的相位噪聲。如果頻譜分析儀本振上的位姿噪聲通常比被測振蕩器的位姿噪聲高10dB，則可以實現這一點。這些測試儀器是測量相位噪聲的最佳方法之一，前提是頻譜分析儀本振具有足夠低的相位噪聲水平。

這些測試儀器的另一個應用是測量物品的噪聲系數。盡管測試方法確實涉及多個階段，但可以相對容易地進行。

頻譜分析儀通常用于進行EMI和EMI（電磁干擾和電磁兼容性）測量。分析儀可用于定位可能導致問題的信號的頻率和性質。

盡管射頻頻譜分析儀可用于許多射頻測試，但下表總結了用于射頻測試的不同類型的測試儀器及其典型應用。

測試設備類型頻率測量強度/振幅測量應用

功率計NY射頻功率計提供準確的總功率測量，但無法提供有關信號頻譜的任何信息。

頻率計數器YN頻率計數器用于對信號中的主頻率進行非常精確的測量

射頻頻譜分析儀YY主要用于顯示射頻信號的頻譜。也可用于進行功率和頻率測量，但不如專用儀器準確

射頻矢量網絡分析儀YY矢量網絡分析儀（VNA）測量射頻設備的特性。它們查看設備上的各個端口，并提供有關端口阻抗和通過設備的傳輸的信息。

頻譜分析儀關鍵主題

有幾個關鍵主題與射頻頻譜分析儀及其使用有關。

頻譜分析儀類型：有幾種不同類型的頻譜分析儀可以購買和使用。每種類型都有自己的特點：性能和成本可以平衡，為任何應用提供最佳選擇。

較舊的類型通常基于超外差原理，將接收器掃描到一個頻帶上并注意輸出。更現代的頻譜分析儀使用快速傅里葉變換 FFT，將信號從模擬格式轉換為數字格式，然后使用傅里葉分析來監測符號。

還有實時頻譜分析儀。這些儀器基于與FFT頻譜分析儀相同的概念，但這些測試儀器使用時間重疊樣本來確保不會丟失瞬態。盡管內部更復雜，但由于它們需要能夠適應非常快速和重疊的采樣，因此它們確保可以看到所有信號。它們通常對于解決當今為各種形式的無線通信生產的非常復雜的設備的一些問題至關重要：5G;Wi-Fi等。。

測試儀器的格式也有所不同。標準盒式儀器被廣泛使用，它們不僅提供手動控制，而且還通過許多不同的接口（包括以太網、USB 和 GPIB）提供遠程操作。

此外，還提供機架式頻譜分析儀選項。VXI 是 早期 的 機架 系統， 但 如今 PXI 的 應用 更 為 廣泛。PXI 基于 PCI 系統， 已 適配 用于 儀器 儀表。控制器或接口位于一個插槽中，其余的用于測試儀器。控制器可以控制系統，或者更通常地與計算機相連。這種類型的方法非常適合對在計算機控制下測試系統所需的一組測試儀器進行計算機控制。

另一種方法是使用USB頻譜分析儀。這些USB頻譜分析儀在一個小盒子里具有分析儀的主要功能，但它通過USB電纜連接到PC，因此它可以使用顯示、控制和控制處理，并且通常使用PC的電源來降低成本，同時通常保持性能水平。一些 USB 頻譜分析儀能夠以相當合理的成本提供非常高水平的性能。

頻譜分析儀規格：在選擇射頻頻譜分析儀時，有必要了解其規格及其含義。頻譜分析儀的性能有許多不同的規格，有必要了解它們的含義以及它們如何反映到測試儀器的實際性能中。

在選擇頻譜分析儀時，需要考慮許多規格。各種規格涵蓋了其性能的各個方面。頻率覆蓋范圍：頂部和底部頻率顯然很重要，頻率和幅度精度也很重要。相位噪聲是另一個關鍵問題，因為許多這些測試儀器通常需要能夠測量其他設備的相位噪聲性能，并且要實現這一點，它們的性能需要優于被測產品的性能。

在進行和選擇時，需要考慮性能的許多其他方面，包括可用的設施。

射頻頻譜分析儀是任何射頻工程師必不可少的測試設備，無論是用于射頻設計、通用電子電路設計、電子制造、服務、維修和一般射頻測試。

雖然頻譜分析儀通常是昂貴的測試儀器，但它們偶爾可以在二手市場上買到，這將使熱情的射頻實驗人員和無線電愛好者能夠使用它們。

除此之外，一些USB頻譜分析儀提供了非常高的價值水平，因為它們使用PC的元素進行顯示和輸入控件。通常，大多數信號分析由USB頻譜分析儀本身的FPGA進行，這意味著可以以更合理的成本獲得高水平的功能和性能。

頻譜分析儀也可以以機架安裝形式獲得。VXI 和 PXI 頻譜 分析 儀 可 以 使用 這些 機架 系統。

頻譜分析儀是射頻測試和射頻設計實驗室中使用的測試設備中必不可少的項目，它們被廣泛使用，但通常不會在這些環境之外找到它們，盡管音頻分析儀用于某些特定測試。

審核編輯：黃飛